一种氢燃料电池膜电极的制备方法与流程

本发明涉及一种氢燃料电池膜电极的制备方法，属真石漆产品技术领域。

背景技术：

膜电极是氢燃料电池中的核心组件之一，对氢燃料电池的性能起着至关重要的影响，当前在对膜电极进行生产中，往往均采用的传统的生产工艺，虽然可以满足膜电极产品生产和使用的需要，但在膜电极生产过程中，一方面存在催化剂与质子膜间连接关系的稳定性及可靠性，从而严重影响了膜电极产品的质量和运行的稳定性及可靠性，另一方面当前在进行膜电极产品生产制备过程中，往往需要对生产出的膜电极进行二次加工，以满足实际使用是对膜电极产品结构的需要，从而在造成了较大的物料浪费的同时，也导致质子膜生产制备工序增加，降低了质子膜生产的效率，因此针对这一现状，迫切需要开发一种新型的氢燃料电池及生产工艺，以满足实际使用的需要。

技术实现要素：

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种氢燃料电池膜电极的制备方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种氢燃料电池膜电极的制备方法包括以下步骤：

第一步，质子交换膜固定，将质子交换膜通过定位装置进行固定，使质子交换膜表面平整并与水平面呈0°—90°夹角，然后将固定后的质子交换膜在20℃—80℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置存放；

第二步，制备催化剂，在20℃—60℃恒温环境中，首先将催化剂、石墨烯、分散剂分别匀速添加到质子交换膜树脂中，并混合均匀，制备得到混合浆液，然后将造孔剂添加到混合浆液中混合均匀，制备得到催化剂浆液，并对催化剂浆液在保持搅拌状态下恒温保存备用；

第三步，浆液喷淋，将第二步制备的浆液通过增压泵增压，然后在在50℃—150℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下通过雾化喷嘴均匀喷淋到处于固定状态的质子交换膜各表面依次进行喷涂，其中在进行喷涂作业中，对质子交换膜表面进行逐层喷涂，并使催化剂浆液在质子交换膜表面沉积厚度为0.1—1毫米，且每层喷涂厚度为0.01—0.05毫米，相邻两层喷涂时间间隔为3—30秒，完成喷涂作业后，在30℃—100℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置保温10—120分钟，然后自然冷却至常温，即可得到成品氢燃料电池膜电极。

进一步的，所述第一步中，在对质子交换膜进行定位时，水平方向上相邻的两个质子交换膜之间间距不小于10厘米，竖直方向上相邻的两个质子交换膜之间间距为质子交换膜最大宽度的1.1—2倍。

进一步的，所述第二步中，所述的催化剂为pt-ru、pt-sn、pt-wo3、pt-mo中的任意一种。

进一步的，所述第二步中，所述的分散剂为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇中的任意一种与石墨烯分散剂以任意比例混合。

进一步的，所述质子交换膜树脂为离子交换树脂。

进一步的，所述造孔剂为氯化钠、氯化钾、碳酸氢铵及草酸铵中的任意一种。

进一步的，所述第二步中，催化剂、石墨烯、分散剂总量为质子交换膜树脂总量的20%—50%，催化剂、石墨烯、分散剂之间混合比例为1：1—5：1.3—10。

进一步的，所述第二步中，造孔剂与混合浆液间的比例为1：3—10。

进一步的，所述第三步中在喷涂作业时，催化剂浆液雾化后的液滴直径5—20微米。

本发明生产工艺简单，可根据需要灵活调整膜电极结构，从而直接获得满足使用需要的膜电极产品，避免了后续加工工序，从而在提高生产制备作业效率高的同时降低了生产能耗及物料损耗低，同时，本发明一方面可有效的提高膜电极生产制备中催化剂使用效率，降低损耗催化剂损耗浪费，另一方面有效改善了膜电极表面催化剂的工作性能和稳定性，从而达到提高膜电极产品产品质量和使用性能的同时，有效的降低膜电极的生产及使用成本。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示一种氢燃料电池膜电极的制备方法包括以下步骤：

第一步，质子交换膜固定，将质子交换膜通过定位装置进行固定，使质子交换膜表面平整并与水平面呈90°夹角，然后将固定后的质子交换膜在80℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置存放，其中在对质子交换膜进行定位时，水平方向上相邻的两个质子交换膜之间间距不小于10厘米，竖直方向上相邻的两个质子交换膜之间间距为质子交换膜最大宽度的1.1—2倍。

第二步，制备催化剂，在60℃恒温环境中，首先将催化剂、石墨烯、分散剂分别匀速添加到质子交换膜树脂中，并混合均匀，制备得到混合浆液，然后将造孔剂添加到混合浆液中混合均匀，制备得到催化剂浆液，并对催化剂浆液在保持搅拌状态下恒温保存备用；

第三步，浆液喷淋，将第二步制备的浆液通过增压泵增压，然后在在150℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下通过雾化喷嘴均匀喷淋到处于固定状态的质子交换膜各表面依次进行喷涂，其中在进行喷涂作业中，对质子交换膜表面进行逐层喷涂，并使催化剂浆液在质子交换膜表面沉积厚度为1毫米，且每层喷涂厚度为0.05毫米，相邻两层喷涂时间间隔为30秒，完成喷涂作业后，在100℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置保温120分钟，然后自然冷却至常温，即可得到成品氢燃料电池膜电极。

其中，所述第二步中的催化剂为pt-sn；分散剂为异丙醇与石墨烯分散剂以1：1比例混合；所述质子交换膜树脂为离子交换树脂；造孔剂为碳酸氢铵

；且催化剂、石墨烯、分散剂总量为质子交换膜树脂总量的50%，催化剂、石墨烯、分散剂之间混合比例为1：5：10；造孔剂与混合浆液间的比例为1：10。

此外，所述第三步中在喷涂作业时，催化剂浆液雾化后的液滴直径20微米；需要特别指出的，在第三步进行喷淋作业时，雾化喷嘴与质子交换膜表面间间距不小于3毫米。

与此同时，第一步和第三步中的惰性气体保护氛围的气压为标准大气压的2.5倍，且惰性气体为氮气。

实施例2

如图1所示，一种氢燃料电池膜电极的制备方法包括以下步骤：

第一步，质子交换膜固定，将质子交换膜通过定位装置进行固定，使质子交换膜表面平整并与水平面呈0°夹角，然后将固定后的质子交换膜在20℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置存放；

第二步，制备催化剂，在20℃恒温环境中，首先将催化剂、石墨烯、分散剂分别匀速添加到质子交换膜树脂中，并混合均匀，制备得到混合浆液，然后将造孔剂添加到混合浆液中混合均匀，制备得到催化剂浆液，并对催化剂浆液在保持搅拌状态下恒温保存备用；

第三步，浆液喷淋，将第二步制备的浆液通过增压泵增压，然后在在50℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下通过雾化喷嘴均匀喷淋到处于固定状态的质子交换膜各表面依次进行喷涂，其中在进行喷涂作业中，对质子交换膜表面进行逐层喷涂，并使催化剂浆液在质子交换膜表面沉积厚度为0.1毫米，且每层喷涂厚度为0.01毫米，相邻两层喷涂时间间隔为3秒，完成喷涂作业后，在30℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置保温10分钟，然后自然冷却至常温，即可得到成品氢燃料电池膜电极。

其中，在对质子交换膜进行定位时，水平方向上相邻的两个质子交换膜之间间距不小于10厘米，竖直方向上相邻的两个质子交换膜之间间距为质子交换膜最大宽度的1.1—2倍。

此外，所述第二步中催化剂为pt-ru；质子交换膜树脂为离子交换树脂；造孔剂为氯化钠；分散剂为甲醇与石墨烯分散剂以1：2比例混合，且催化剂、石墨烯、分散剂总量为质子交换膜树脂总量的20%，催化剂、石墨烯、分散剂之间混合比例为1：1：1.3；造孔剂与混合浆液间的比例为1：3。

与此同时，第三步中在喷涂作业时，催化剂浆液雾化后的液滴直径5微米。

除此之外，第一步和第三步中的惰性气体保护氛围的气压为标准大气压的1—3.5倍，惰性气体为氮气、氩气、氦气及二氧化碳中的任意一种。

需要特别指出的，在第三步进行喷淋作业时，雾化喷嘴与质子交换膜表面间间距不小于3毫米。

实施例3

如图1所示，一种氢燃料电池膜电极的制备方法包括以下步骤：

第一步，质子交换膜固定，将质子交换膜通过定位装置进行固定，使质子交换膜表面平整并与水平面呈45°夹角，然后将固定后的质子交换膜在4080℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置存放，其中在对质子交换膜进行定位时，水平方向上相邻的两个质子交换膜之间间距不小于10厘米，竖直方向上相邻的两个质子交换膜之间间距为质子交换膜最大宽度的1.1—2倍；

第二步，制备催化剂，在40℃恒温环境中，首先将催化剂、石墨烯、分散剂分别匀速添加到质子交换膜树脂中，并混合均匀，制备得到混合浆液，然后将造孔剂添加到混合浆液中混合均匀，制备得到催化剂浆液，并对催化剂浆液在保持搅拌状态下恒温保存备用；

第三步，浆液喷淋，将第二步制备的浆液通过增压泵增压，然后在在110℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下通过雾化喷嘴均匀喷淋到处于固定状态的质子交换膜各表面依次进行喷涂，其中在进行喷涂作业中，对质子交换膜表面进行逐层喷涂，并使催化剂浆液在质子交换膜表面沉积厚度为0.5毫米，且每层喷涂厚度为0.02毫米，相邻两层喷涂时间间隔为15秒，完成喷涂作业后，在90℃恒温环境中，并在惰性气体保护氛围下静置保温30分钟，然后自然冷却至常温，即可得到成品氢燃料电池膜电极。

其中，所述第二步中的催化剂为pt-mo；分散剂为丙三醇中种与石墨烯以1：2.5比例混合；质子交换膜树脂为离子交换树脂；造孔剂为草酸铵；与此同时，催化剂、石墨烯、分散剂总量为质子交换膜树脂总量的30%，催化剂、石墨烯、分散剂之间混合比例为1：1.5：2.3；造孔剂与混合浆液间的比例为1：4.5。

特别指出的，在第三步中在喷涂作业时，催化剂浆液雾化后的液滴直径15微米，且雾化喷嘴与质子交换膜表面间间距为10毫米。

本发明生产工艺简单，可根据需要灵活调整膜电极结构，从而直接获得满足使用需要的膜电极产品，避免了后续加工工序，从而在提高生产制备作业效率高的同时降低了生产能耗及物料损耗低，同时，本发明一方面可有效的提高膜电极生产制备中催化剂使用效率，降低损耗催化剂损耗浪费，另一方面有效改善了膜电极表面催化剂的工作性能和稳定性，从而达到提高膜电极产品产品质量和使用性能的同时，有效的降低膜电极的生产及使用成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。